Stå på en badevekt og den veier 160 pund. Dette tallet virker som en fast egenskap ved kroppen din, men det er det ikke - det er resultatet av at jordens tyngdekraft trekker på massen din. Ta den samme kroppen til Mars og vekten viser 61 pund. På Jupiter står det 405 pund. På overflaten av solen, hvis du kunne overleve et øyeblikk, ville den vært på omtrent 4464 pund. Kroppen din har ikke forandret seg i det hele tatt. Bare tyngdekraften har.
Vekt vs masse: nøkkelforskjellen
Masse er mengden materie i kroppen din, målt i kilo. Den er konstant i hele universet. En person på 70 kg har 70 kg masse på jorden, på Mars, i verdensrommet og på overflaten av Pluto.
Vekt er kraften som tyngdekraften utøver på den massen. Det beregnes som:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
På jorden er gravitasjonsakselerasjonen ved overflaten omtrent 9,8 m/s² (ofte skrevet som 1g). En person på 70 kg veier:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Når vi sier at noen «veier 70 kg», bruker vi uformelt masseenheter for vekt – noe som fungerer fint på jorden, der g er konstant. I det øyeblikket du reiser andre steder, blir skillet viktig.
Overflatetyngdekraften til hver planet
Overflatetyngdekraften avhenger av en planets masse og radius. Større masse øker tyngdekraften; større radius reduserer den (du er lenger fra massesenteret). Dette er grunnen til at Saturn, til tross for at den er nesten 100 ganger mer massiv enn jorden, har en overflatetyngdekraft bare litt over jordens - dens enorme radius mer enn kompenserer.
| Body | Surface Gravity (relative to Earth) | m/s² | Your Weight if 70 kg on Earth |
|---|---|---|---|
| Sun | 27.9g | 273.7 | 1,953 kg (19,159 N) |
| Mercury | 0.38g | 3.72 | 26.6 kg |
| Venus | 0.91g | 8.87 | 63.7 kg |
| Earth | 1.00g | 9.80 | 70.0 kg |
| Moon | 0.166g | 1.62 | 11.6 kg |
| Mars | 0.38g | 3.72 | 26.6 kg |
| Jupiter | 2.53g | 24.8 | 177.1 kg |
| Saturn | 1.07g | 10.4 | 74.9 kg |
| Uranus | 0.89g | 8.69 | 62.3 kg |
| Neptune | 1.14g | 11.15 | 79.8 kg |
| Pluto | 0.063g | 0.62 | 4.4 kg |
Merk: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun er gasskjemper uten fast overflate. Verdiene for "overflategravitasjon" ovenfor representerer tyngdekraften ved skytoppene, definert ved 1 bar atmosfærisk trykk. Du kunne ikke stå på disse planetene.
Formelen: Vekt på en annen planet
Konverteringen er enkel:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Eller tilsvarende, ved å bruke gravitasjonsforholdet direkte:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Fungert eksempel — 70 kg person på Mars:
Mars gravity = 0.38g
Weight on Mars = 70 kg × 0.38 = 26.6 kg
In Newtons: 70 kg × 3.72 m/s² = 260.4 N
Fungert eksempel — 85 kg person på Neptune:
Neptune gravity = 1.14g
Weight on Neptune = 85 kg × 1.14 = 96.9 kg
In Newtons: 85 kg × 11.15 m/s² = 947.75 N
Morsomme eksempler: Hoppehøyde på hver planet
Hvor høyt du kan hoppe avhenger omvendt av overflatetyngdekraften. Hvis du kan hoppe 0,5 meter (omtrent 20 tommer) på jorden, tar den samme muskelanstrengelsen deg til:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Sammenligning av hopphøyde (grunnlinje: 0,5 m hopp på jorden):
| Body | Jump Height | Notes |
|---|---|---|
| Moon | 3.0 m (9.8 ft) | Nearly 3 times your height |
| Mars | 1.32 m (4.3 ft) | Like jumping onto a high table |
| Mercury | 1.32 m (4.3 ft) | Same as Mars — identical gravity |
| Venus | 0.55 m (1.8 ft) | Nearly Earth-like |
| Jupiter | 0.20 m (7.9 in) | Barely off the ground |
| Pluto | 7.9 m (26 ft) | Higher than a 2-story building |
På månen oversettes et 0,5 m vertikalt hopp på jorden til et 3-meters sprang. Apollo-astronauter dokumenterte denne opplevelsen - til tross for at de hadde på seg store romdrakter som tilførte 80+ kg masse, kunne de enkelt hoppe 1–2 fot fra måneoverflaten og bruke flere sekunder på å lande. Å løpe i en romdrakt ble en avgrensende saktebevegelsesopplevelse.
Hvorfor du ville bli knust på Jupiter
Jupiters overflatetyngdekraft på 2,53 g høres overlevende ut - tross alt opplever idrettsutøvere rutinemessig 2–3 g under intens aktivitet. Men flere sammensatte faktorer gjør Jupiter dødelig fiendtlig:
Ingen fast overflate. Jupiter er en gassgigant. Når det går ned i atmosfæren, øker trykket eksponentielt. På dyp som kan nås med en sonde, når trykket millioner av atmosfærer. Enhver fysisk struktur vil bli knust før den når noen overflate.
Knusende atmosfærisk trykk. Jupiters atmosfære på skytoppnivå har allerede 1 bar trykk – lik jordens havnivå. Bare 100 km dypere når trykket 1000 bar. Materialer som er sterke nok til å overleve slike trykk, finnes ikke i konstruerte strukturer.
2,53 g-effekten på menneskekroppen. Vedvarende eksponering for 2,5 g forårsaker kardiovaskulær belastning ettersom hjertet må jobbe mye hardere for å pumpe blod oppover til hjernen. Forlengede perioder ved 2g+ fører til ortostatisk hypotensjon, kardiovaskulær utvidelse og til slutt hjertesvikt. Selv om alle andre faktorer ble kontrollert, er vedvarende 2,53 g uforenlig med langvarig menneskelig bolig.
Stråling. Jupiters magnetfelt fanger intense strålingsbelter som er langt mer energiske enn Jordens Van Allen-belter. Et menneske inne i Jupiters strålingsmiljø vil få en dødelig dose i løpet av timer.
Månen og Mars: Fremtidige menneskelige habitater
Månen og Mars er de eneste kroppene i vårt solsystem der menneskelig kolonisering på kort sikt er vitenskapelig plausibel. Begge har langt lavere gravitasjon enn Jorden, noe som skaper betydelige fysiologiske utfordringer:
Muskelatrofi: På Månen (0,166 g) og Mars (0,38 g) er muskelanstrengelsen som kreves for normal bevegelse betydelig redusert. Uten mottiltak svekkes muskler og bein av redusert belastning. ISS-astronauter som bruker 6 måneder på 0 g, mister 1–2 % av bentettheten per måned uten intensive treningsregimer.
Bentetthetstap: Vektbærende bein (ryggrad, hofter, lårben) reagerer på gravitasjonsbelastningen ved å opprettholde tettheten. Ved 0,38 g er stimulansen redusert, men fortsatt til stede - Mars forventes å være bedre for beinhelsen enn mikrogravitasjon, men verre enn Jorden. Anslag tyder på at beintap fra Mars-tyngdekraften kan kreve ekstra trening på kanskje 60 % av intensiteten som kreves på ISS.
Utviklingseffekter: Effekten av delvis tyngdekraft på foster- og barndomsutvikling er helt ukjent. Dyrestudier i mikrogravitasjon viser utviklingsavvik, men det finnes ingen langtidsstudier med partiell gravitasjon. Mars-miljøet på 0,38 g støtter kanskje eller ikke støtter normal menneskelig utvikling - dette representerer en av de mest kritiske ukjente for enhver flergenerasjonskoloni.
Væskeskifter: Det menneskelige kardiovaskulære systemet omfordeler væsker under tyngdekraften. I miljøer med lav tyngdekraft forskyves væsker mot overkroppen og hodet, noe som forårsaker hevelser i ansiktet, nesetetthet, synsforandringer (på grunn av økt intrakranielt trykk) og endringer i nyrefunksjonen. Disse effektene er omfattende dokumentert på ISS og vil være tilstede, men mindre alvorlige ved gravitasjonsnivåer i mars.
Kontrasten mellom 0,38 g på Mars og 1,0 g på jorden betyr at mennesker som tilbringer år eller tiår på Mars kan bli fysiologisk tilpasset Mars gravitasjon og finne jordens gravitasjon - deres forfedres hjem - fysisk utålelig ved retur.